一種彩色3d打印機及其制備三維制品的方法
【專利摘要】本發明公開了一種彩色3D打印機，包括X-Y工作平臺，安裝在X-Y工作平臺上的噴頭、LED紫外光源、移動支撐架，支撐臺，基座，以及安裝在基座上的支撐臺、固定支撐架，至少一個噴頭與預混合器相連，所連接的預混合器至少與三個UV樹脂供料單元相連。使用本發明的彩色3D打印機，可以進行單程多層彩色打印，實現區域彩色打印，打印效率較傳統3D打印機成倍提高。
【專利說明】一種彩色3D打印機及其制備三維制品的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于3D打印領域，具體涉及一種彩色3D打印機及其制備三維制品的方法。【背景技術】
[0002]3D打印是快速成型技術的一種，是一種以數字文件為基礎，使用粉末或者可固化材料，通過逐層打印的方式來制造產品的技術，與傳統制造業采用的減材制造技術形成鮮明的對比，3D打印是一種增材制造技術，通過一層層材料的疊加形成最終的產品。
[0003]3D打印技術中較為主流的包括:熔融沉積成型技術(Fused depositionmodeling, FDM),光固化立體成型技術(Stereolithography, SLA),選擇性激光燒結技術(Selective laser sintering, SLS),三維打印技術(3D pringting, 3DP)等。
[0004]SLA打印機是最早商用的打印機之一，這類打印機利用紫外光固化光敏樹脂形成打印層，打印完一層后支撐平臺向下(或者向上)移動一定距離讓光敏樹脂層重新覆蓋在前一層打印面上，然后繼續進行固化。由于支撐平臺在裝光敏樹脂的容器中，所以使用此類打印機一次只能打印一種材料。但是SLA打印機打印精度可以到達10微米級別，打印精度聞。
[0005]FDM打印機是斯科特.克倫普于上世紀80年代發明的，這類打印機通過打印頭打印出某種軟質的材料，這類材料包括熱塑性的材料以及一些生物類來源的材料，可以打印塑料制件、食物、生物材料等。此類打印機較難打印多種材料，并且所打印的材料都需要通過打印頭擠出，打印精度較差。
[0006]3DP技術是通過打印頭將粘合劑或者某種膠擠出到原材料粉末上，從而實現一層層打印的效果。3DP技術能實現彩色打印，并且能使用多種原材料，但其制作的產品一般表面較為粗糙，精度相對較差。
[0007]SLS打印機的出現結束了 3D打印不能打印金屬的歷史，當然利用SLS技術也可以打印塑料、陶瓷等粉末材料。SLS技術與SLA技術比較類似，但使用的原料為粉末，通過激光加熱融合形成打印層。SLS打印機的打印精度較差，打印某些材料時需要保護氣體，打印完成后一般需要一定時間的冷卻。
[0008]對于3D打印機來說，由于特定的工藝使得打印彩色3D制品并不容易。UV光固化樹脂種類眾多，將此類UV樹脂通過噴頭打印出來再進行固化可以實現逐層打印。如果將UV樹脂材料加入某些特定的顏色通過混合得到需要的色彩，再打印出來，就可以實現實時彩色打印。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是為了提供一種彩色3D打印機及其制備三維制品的方法。使用本專利提供的設備和方法可以實時、精確、高效的制備彩色三維打印制品。
[0010]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0011]一種彩色3D打印機，其特征在于包括:χ-gamma工作平臺、噴頭、LED紫外光源、支撐臺、移動支撐架、固定支撐架、UV樹脂供料單元、基座、預混合器；其中，至少兩個噴頭、至少一個LED紫外光源和至少一個移動支撐架安裝在X-Y工作平臺上，支撐臺與至少一個固定支撐架安裝在基座上，至少一個噴頭與預混合器連接，所連接的預混合器至少與三個UV樹脂供料單元相連。噴頭以及其后的一個LED紫外光源組成一個打印固化單元。X-Y工作平臺與電腦連接，控制噴頭、LED紫外光源和移動支撐架的運動以及工作。可以控制噴頭噴射或者不噴射，LED紫外光源開啟或者關閉，移動支撐架的移動以及從打印層上的剝離。
[0012]優選的，所述的彩色3D打印機還包括打印厚度校測單元。打印厚度校測單元可以精確的測試制品打印的總厚度，然后將獲得的厚度數據反饋給計算機，計算機將測試的實際數據與理論數據進行比較，如果未出現偏差，則繼續執行原有打印操作，如出現偏差，則根據實測的數據進行修正，制定后續打印方案。
[0013]所述的預混合器用于連接噴頭和UV樹脂供料單元。預混合器至少連接的三個UV樹脂供料單元裝有紅、黃、藍三種基礎色UV樹脂材料。通過這三種基礎色的混合可以得到大量其他顏色。如果噴頭具有類似預混合器的功能部件的話也能實現噴頭連接預混合器的作用，這樣的情況也包含在本發明保護范圍內。
[0014]優選的，所述的預混合器還與裝有黑色UV樹脂材料的供料單元相連。通過紅、黃、藍、黑色的混合可以得到較深的顏色。
[0015]優選的，所述的預混合器還與裝有白色UV樹脂材料的供料單元相連。通過紅、黃、藍、白色的混合可以得到較淺的顏色。
[0016]優選的，所述的預混合器還與透明UV樹脂材料的供料單元相連。透明材料的加入可以得到更加好的豐滿度，而且還能制備出類似水晶的透明效果。
[0017]所述的預混合器通過機械、流體動力的方式將來自不同供料單元的不同顏色的UV樹脂混合。
[0018]所述的預混合器還包含排料口，排料口與回料收集器連接。雖然噴射打印時打印層較薄，一定的顏色差異表現不明顯，但當需要轉換的顏色差異非常大時，就需要將之前的材料通過排料口排出。對于要求很高的產品，等材料排出后再用透明材料清洗之后再切換新的顏色的材料。
[0019]所述的LED紫外光源安裝有聚光片，使用聚光片對UV光起到聚集作用，可以匯聚成面、線、點類型的光源，從而進行精確固化；經過聚光片到達打印面的UV光線滯后于噴頭噴射的位置，使得UV樹脂有一定的自流平時間。
[0020]所述的移動支撐架為履帶式支撐架，類似于坦克的履帶，當打印需要支撐的打印面時，電腦控制移動支撐架與噴頭同方向同速度運動，本來在下面的履帶片被傳動裝置提起展平，噴頭將UV樹脂噴涂到展平的履帶片上，使用LED紫外光源進行固化后，向前運動的履帶式支撐架在前進提供支撐的同時也在與固化的打印層發生著分離，展平的履帶片通過傳動裝置向下運動，即支撐架的撤除，而這種分離是接近于90°垂直剝離的分離，對打印層影響相對較小。當然，移動支撐架的撤除可以是打印了多層打印層之后進行。在撤除移動支撐架的同時同步的移動固定支撐架以取代移動支撐架的支撐作用，最終完全由固定支撐架支撐打印層。固定支撐架的支撐面是平面的，能起到很好的支撐作用。此外，移動支撐架和固定支撐架都能在電腦的控制下實現自由移動和升降。
[0021]一種利用所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟:[0022]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的成型數據；
[0023]b.將得到的信息數據關聯到nm個噴頭、m個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中η個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿打印方向排列；
[0024]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0025]d.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，噴頭依次按照第I到m層的成型數據，以η個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；單程移動過程中m次上述的操作被執行；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0026]e.在第m層的上面，計算機控制噴頭按照第m+1到2m層的成型數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前m層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0027]f.按照每一層的成型數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0028]g.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
[0029]當n = m = I時，即單程單層打印模式，使用丨個打印噴頭，根據需要打印的顏色實時混合打印，在這樣的模式下，打印出來的打印層的厚度較薄，精度較高，但不太適合打印顏色種類多的制品。
[0030]當η>1時,m=l時,相當于將η個打印噴頭和I個LED紫外光源組成一個打印固化單元，其中η個打印噴頭可 以連接到同一個預混合器上也可以連接到不同的預混合器上，經η個噴頭噴射后再進行固化，打印層的厚度會比單次噴射的厚，所以采用這樣的工藝可以有效的克服UV固化領域中存在的氧阻聚問題，使得打印層的物理性能更加優異，同時也能有效提高打印效率。
[0031]當n = l,m > I時,在這個模式下,共m個打印噴頭，m個LED紫外光源參與工作，相當于將I個打印噴頭和I個LED紫外光源組成一個打印固化單元，單程可以實現m層的打印。使用這種模式打印出的打印層精度很高，并且可以成倍提高3D打印機的工作效率。這m個噴頭可以連接到同一個預混合器上，這時候每層打印出來的效果是一樣的；當!11個噴頭連接到m個預混合器時，可以將常用的顏色進行固定，使某幾個噴頭專門用于噴射某些特定的顏色，其余的噴頭噴射預混合器實時混合出來的顏色，這種模式下很適合打印顏色種類多的制品。
[0032]當η > l，m> I時，可以實現η = l，m> I時這種模式下的效果，并且可以有效的
提高打印效率。
[0033]另外的，一種利用所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟:
[0034]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的成型數據；
[0035]b.將得到的信息數據關聯到MN個噴頭、N個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中M個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿垂直打印方向排列；
[0036]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0037]d.計算機控制控制供料單元向預混合器供料混合，噴頭依次按照第I到N層的成型數據，以M個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面LED紫外光源進行固化；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0038]e.在第一層的上面，計算機控制噴頭按照第二層的成型數據進行噴涂，UV樹脂與第一層結合，經LED紫外光源固化后與第一層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0039]f.按照每一層的成型數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0040]g.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
[0041]使用這種方法制備三維制品時，可以根據M、N值的不同實現不同的工作模式，在實現彩色打印的同時，單程打印的寬度會更加寬，可以有效的提高打印效率。
[0042]另外的，一種利用所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟:
[0043]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，將每一層上各自的顏色信息與形狀信息進行結合，得到每一層不同顏色的區域數據；
[0044]b.將得到的數據關聯到nm個噴頭、m個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中η個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿打印方向排列；
[0045]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0046]d.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，噴射同一顏色的噴頭依次按照第I到m層的區域數據，以η個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；單程移動過程中m次上述的操作被執行；當第一種顏色打印完畢后，在第I到m層上繼續打印第二種顏色，直到第I到m層全部打印完畢；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0047]e.在第m層的上面，計算機控制噴頭按照第m+1到2m層的區域數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前m層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0048]f.按照每一層的區域數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0049]g.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
[0050]使用這種方法制備三維制品時，首先建立制品顏色和形狀區域數據，在打印時計算機控制噴頭對同一顏色的區域進行打印，而不采用一般的直線打印，這樣能夠有效減少預混合器混合顏色的次數，提高打印效率。
[0051]另外的，一種利用所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟:
[0052]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的成型數據；
[0053]b.將得到的信息數據關聯到nm個噴頭、m個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中η個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿打印方向排列；
[0054]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0055]d.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，噴頭依次按照第I到m層的成型數據，以η個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；單程移動過程中m次上述的操作被執行；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0056]e.在第m層的上面，計算機控制噴頭按照第m+1到2m層的成型數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前m層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0057]f.當打印到一定的層數之后，打印厚度校測單元將測試到的厚度反饋給計算機，計算機通過比較理論厚度與實際厚度的差異進行修正，制定后續打印方案；
[0058]g.按照新的打印方案進行打印，并進行校測反饋，再進行修正，循環進行，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0059]h.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
[0060]另外的，一種利用所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟:
[0061]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的成型數據；
[0062]b.將得到的信息數據關聯到MN個噴頭、N個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中M個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿垂直打印方向排列；
[0063]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0064]d.計算機控制控制供料單元向預混合器供料混合，噴頭依次按照第I到N層的成型數據，以M個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面LED紫外光源進行固化；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0065]e.在第一層的上面，計算機控制噴頭按照第二層的成型數據進行噴涂，UV樹脂與第一層結合，經LED紫外光源固化后與第一層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0066]f.當打印到一定的層數之后，打印厚度校測單元將測試到的厚度反饋給計算機，計算機通過比較理論厚度與實際厚度的差異進行修正，制定后續打印方案；
[0067]g.按照新的打印方案進行打印，并進行校測反饋，再進行修正，循環進行，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0068]h.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
[0069]另外的，一種利用所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟:
[0070]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，將每一層上各自的顏色信息與形狀信息進行結合，得到每一層不同顏色的區域數據；[0071]b.將得到的數據關聯到nm個噴頭、m個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中η個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿打印方向排列；
[0072]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0073]d.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，噴射同一顏色的噴頭依次按照第I到m層的區域數據，以η個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；單程移動過程中m次上述的操作被執行；當第一種顏色打印完畢后，在第I到m層上繼續打印第二種顏色，直到第I到m層全部打印完畢；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0074]e.在第m層的上面，計算機控制噴頭按照第m+1到2m層的區域數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前m層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0075]f.當打印到一定的層數之后，打印厚度校測單元將測試到的厚度反饋給計算機，計算機通過比較理論厚度與實際厚度的差異進行修正，制定后續打印方案；
[0076]g.按照新的打印方案進行打印，并進行校測反饋，再進行修正，循環進行，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0077]h.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
[0078]以上三種方法是在前三種方法的基礎上引入了打印厚度校測單元，可以在前三種方法的基礎上對打印制品的厚度進行校測，并進行實時修正，能夠實現更高的打印精度。
[0079]與現有技術相比，本發明具有如下創新之處:
[0080]1、使用本發明提供的彩色3D打印機和制備方法可以實現全彩色打印，并且可以根據需要打印出多樣的打印效果和彩色圖案；
[0081]2、使用本發明提供的彩色3D打印機和制備方法可以實現單程多層彩色打印；
[0082]3、使用本發明提供的彩色3D打印機和制備方法可以實現區域彩色打印，可以顯著提高打印效率。
[0083]4、使用本發明提供的彩色3D打印機和制備方法能夠實現高精度彩色打印，打印精度可以控制在10微米級別。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0084]圖1為實施例1中所述的3D打印機及其工作示意圖。
[0085]圖2為實施例3中所述的3D打印機及其工作示意圖。
【具體實施方式】
[0086]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0087]實施例1[0088]本實施例涉及的彩色3D打印機如圖1所示，在X-Y工作平臺上裝有I個噴頭、I個LED紫外光源和I個移動支撐架，一個噴頭與預混合器連接，所連接的預混合器與裝有紅、黃、藍三種顏色的UV樹脂材料的三個UV樹脂供料單元相連，支撐臺與I個固定支撐架安裝在基座上，I個打印厚度校測單元進行厚度校測。UV樹脂儲槽溫度控制在30°C。LED紫外光源安裝石英面聚光片，聚光到打印層上的面積為3cmX4cm，LED紫外光源與噴頭形成的夾角為30°，聚光位置離噴頭噴射的位置為8cm。
[0089]制備不需要支撐架的三維制品時包括如下步驟:
[0090]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，將每一層上各自的顏色信息與形狀信息進行結合，得到每一層不同顏色的區域數據；
[0091]b.將得到的數據關聯到I個噴頭、I個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元；
[0092]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0093]d.計算機控制供料單元向預混合器供料，混合得到第一種打印的顏色，噴頭按照該顏色的區域數據噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；當第一種顏色打印完畢后，計算機控制供料單元向預混合器供料，混合得到需要打印的第二種顏色，繼續打印第二種顏色，直到第I層全部打印完畢；
[0094]e.在第I層的上面，計算機控制噴頭按照第2層的區域數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前I層形成一個整體；
[0095]f.當打印完第三層之后，打印厚度校測單元將測試到的厚度反饋給計算機，計算機通過比較理論厚度與實際厚度的差異進行修正，制定后續打印方案；
[0096]g.按照新的打印方案進行打印，打印3層后再次進行校測反饋，再進行修正，循環進行，最終得到與計算機設計的一致的三維物體。
[0097]實施例2
[0098]本實施例涉及的彩色3D打印機，在X-Y工作平臺上裝有I個噴頭、I個LED紫外光源和I個移動支撐架，一個噴頭與預混合器連接，所連接的預混合器與裝有紅、黃、藍三種顏色的UV樹脂材料的三個UV樹脂供料單元相連，支撐臺與I個固定支撐架安裝在基座上。UV樹脂儲槽溫度控制在30°C。LED紫外光源安裝石英面聚光片，聚光到打印層上的面積為3cmX4cm, LED紫外光源與噴頭形成的夾角為30°，聚光位置離噴頭噴射的位置為8cm。
[0099]制備不需要支撐架的三維制品時包括如下步驟:
[0100]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，將每一層上各自的顏色信息與形狀信息進行結合，得到每一層不同顏色的區域數據；
[0101]b.將得到的數據關聯到I個噴頭、I個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元；
[0102]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0103]d.計算機控制供料單元向預混合器供料，混合得到第一種打印的顏色，噴頭按照該顏色的區域數據噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；當第一種顏色打印完畢后，計算機控制供料單元向預混合器供料，混合得到需要打印的第二種顏色，繼續打印第二種顏色，直到第I層全部打印完畢；
[0104]e.在第I層的上面，計算機控制噴頭按照第2層的區域數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前I層形成一個整體；
[0105]f.按照每一層的區域數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0106]實施例2打印得到的制品的精度比實施例1的要低一些。
[0107]實施例3
[0108]本實施例涉及的彩色3D打印機如圖2所示，X-Y工作平臺上裝有3個噴頭、3個LED紫外光源和I個移動支撐架，其中I個打印噴頭和I個LED紫外光源組成一個打印固化單元，打印固化單元沿打印方向排列，一個噴頭與預混合器連接，所連接的預混合器與裝有紅、黃、藍三種顏色的UV樹脂材料的三個UV樹脂供料單元相連，另2個噴頭與裝有同一個白色UV樹脂材料的供料單元相連，支撐臺與2個固定支撐架安裝在基座上。UV樹脂儲槽溫度控制在35°C。LED紫外光源安裝石英聚光片，聚光到打印面所得效果為線光源，方向垂直打印移動方向，線光源長度為3cm，LED紫外光源與噴頭形成的夾角為30°，線光源位置離噴頭噴射的位置為5cm。
[0109]制備需要支撐架的三維制品時包括如下步驟:
[0110]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的成型數據；
[0111]b.將得到的信息數據關聯到3個噴頭、3個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中I個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿打印方向排列；
[0112]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0113]d.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，噴頭依次按照第I到3層的成型數據，以I個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；單程移動過程中3次上述的操作被執行；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0114]e.在第3層的上面，計算機控制噴頭按照第4到6層的成型數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前m層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0115]f.按照每一層的成型數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0116]g.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
[0117]在本實施例中，實現了比實施例1更多的顏色打印，同時打印速度也更加快。
[0118]實施例4
[0119]本實施例涉及的彩色3D打印機，X-Y工作平臺上裝有3個噴頭、3個LED紫外光源和I個移動支撐架，其中I個打印噴頭和I個LED紫外光源組成一個打印固化單元，打印固化單元沿打印方向排列，一個噴頭與預混合器連接，所連接的預混合器與裝有紅、黃、藍、黑、白五種顏色的UV樹脂材料的五個UV樹脂供料單元相連，另2個噴頭分別與裝有黑、白色UV樹脂材料的2個供料單元相連，支撐臺與2個固定支撐架安裝在基座上。UV樹脂儲槽溫度控制在35°C。LED紫外光源安裝石英聚光片，聚光到打印面所得效果為線光源，方向垂直打印移動方向，線光源長度為3cm，LED紫外光源與噴頭形成的夾角為30°，線光源位置離噴頭噴射的位置為5cm。
[0120]制備需要支撐架的三維制品時包括如下步驟:[0121]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，將每一層上各自的顏色信息與形狀信息進行結合，得到每一層不同顏色的區域數據；
[0122]b.將得到的數據關聯到3個噴頭、3個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中I個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿打印方向排列；
[0123]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0124]d.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，在噴射過程中計算機控制僅一個噴頭噴射UV樹脂材料，噴頭按照第I層的區域數據噴射第一種顏色的UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；當第一種顏色打印完畢后，在第I層上繼續打印第二種顏色；當需要打印黑色或者白色時，直接使用另2個噴頭進行打印；以此將第I層全部打印完畢；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0125]e.在第I層的上面，計算機控制噴頭按照第2層的區域數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前I層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0126]f.按照每一層的區域數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0127]g.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
[0128]本實施例將特定的顏色通過特定的噴頭進行噴射，這樣的方法可以提高打印效率，同時也適合打印多色彩的制品。
[0129]實施例5
[0130]本實施例涉及的彩色3D打印機，X-Y工作平臺上裝有4個噴頭、4個LED紫外光源和2個移動支撐架，其中I個打印噴頭和I個LED紫外光源組成一個打印固化單元，打印固化單元沿打印方向排列，一個噴頭與預混合器連接，所連接的預混合器與裝有紅、黃、藍、黑、白五種顏色的UV樹脂材料的五個UV樹脂供料單元相連，另3個噴頭分別與裝有透明、黑、白色UV樹脂材料的3個供料單元相連，支撐臺與2個固定支撐架安裝在基座上。UV樹脂儲槽溫度控制在35°C。LED紫外光源安裝石英聚光片，聚光到打印面所得效果為線光源，方向垂直打印移動方向，線光源長度為4cm，LED紫外光源與噴頭形成的夾角為30°，線光源位置離噴頭噴射的位置為5cm。
[0131]制備需要支撐架的三維制品時包括如下步驟:
[0132]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，將每一層上各自的顏色信息與形狀信息進行結合，得到每一層不同顏色的區域數據；
[0133]b.將得到的數據關聯到4個噴頭、4個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中I個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿打印方向排列；
[0134]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0135]d.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，在噴射過程中計算機控制僅一個噴頭噴射UV樹脂材料，噴頭按照第I層的區域數據噴射第一種顏色的UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；當第一種顏色打印完畢后，在第I層上繼續打印第二種顏色；當需要打印透明、黑色或者白色時，直接使用另3個噴頭進行打印；以此將第I層全部打印完畢；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0136]e.在第I層的上面，計算機控制噴頭按照第2層的區域數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前I層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0137]f.按照每一層的區域數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0138]g.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
[0139]本實施例將特定的顏色通過特定的噴頭進行噴射，這樣的方法可以提高打印效率，與實施例4相比，本實施例可以實現更加多的打印效果。
[0140]實施例6
[0141]本實施例涉及的彩色3D打印機，X-Y工作平臺上裝有3個噴頭、3個LED紫外光源和I個移動支撐架，其中I個打印噴頭和I個LED紫外光源組成一個打印固化單元，打印固化單元沿垂直打印方向排列，3個噴頭與同一個預混合器連接，所連接的預混合器與裝有紅、黃、白三種顏色的UV樹脂材料的三個UV樹脂供料單元相連，支撐臺與I個固定支撐架安裝在基座上。UV樹脂儲槽溫度控制在40°C。LED紫外光源安裝石英聚光片，聚光到打印面所得效果為線光源，方向垂直打印移動方向，線光源長度為3cm，LED紫外光源與噴頭形成的夾角為35°，線光源位置離噴頭噴射的位置為3cm。
[0142]制備需要支撐架的三維制品時包括如下步驟:
[0143]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的成型數據；
[0144]b.將得到的信息數據關聯到3個噴頭、3個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中I個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿垂直打印方向排列；
[0145]c.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，噴頭按照第I層的成型數據，以I個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；3個噴頭平行運動同時噴射；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0146]d.在第I層的上面，計算機控制噴頭按照第2層的成型數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前I層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0147]e.按照每一層的成型數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0148]f.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
[0149]本實施例單程打印寬度較單個噴頭的要快，可以有效提高打印效率。
[0150]實施例7
[0151]本實施例涉及的彩色3D打印機，X-Y工作平臺上裝有4個噴頭、2個LED紫外光源和I個移動支撐架，其中2個打印噴頭和I個LED紫外光源組成一個打印固化單元，打印固化單元沿垂直打印方向排列，每組打印固化單元的第一個噴頭與同一個預混合器連接，所連接的預混合器與裝有紅、黃、藍三種顏色的UV樹脂材料的三個UV樹脂供料單元相連，每組打印固化單元的第二個噴頭與裝有白色UV樹脂材料的UV樹脂供料單元相連，支撐臺與I個固定支撐架安裝在基座上。UV樹脂儲槽溫度控制在40°C。LED紫外光源安裝石英聚光片，聚光到打印面所得效果為線光源，方向垂直打印移動方向，線光源長度為3cm，LED紫外光源與噴頭形成的夾角為35°，線光源位置離噴頭噴射的位置為5cm。
[0152]制備需要支撐架的三維制品時包括如下步驟:
[0153]a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的成型數據；
[0154]b.將得到的信息數據關聯到2個噴頭、2個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中I個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿垂直打印方向排列；
[0155]c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺;
[0156]d.計算機控制每一組打印固化單元的一個噴頭按照第I層的成型數據噴射UV樹月旨，當打印彩色制品最外層10個噴頭噴射范圍時每組打印固化單元的第一個噴頭噴射彩色UV樹脂材料，隨即用LED紫外光源進行固化，當打印制品的其余位置時，每組打印固化單元的后一個噴頭噴射白色UV樹脂材料，隨即用LED紫外光源進行固化；
[0157]e.在第I層的上面，計算機控制噴頭按照第2層的成型數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前I層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；
[0158]f.按照每一層的成型數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；
[0159]g.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
[0160]在本實施例中，相當于實現了在白色材料制備的制品表面刷上了彩色的效果。
【權利要求】
1.一種彩色3D打印機，其特征在于包括:X-Y工作平臺(I)、噴頭(2)、LED紫外光源(3)、支撐臺(4)、移動支撐架(5)、固定支撐架(6)、UV樹脂供料單元(7)、基座(8)、預混合器(9);其中，至少一個噴頭、至少一個LED紫外光源和至少一個移動支撐架安裝在X-Y工作平臺上，支撐臺與至少一個固定支撐架安裝在基座上，至少一個噴頭與預混合器連接，所連接的預混合器至少與三個UV樹脂供料單元相連。
2.一種如權利要求1所述的彩色3D打印機，其特征在于包括打印厚度校測單元(10)。
3.根據權利要求1或2所述的一種彩色3D打印機，其特征在于所述的預混合器通過機械、流體動力的方式將來自不同供料單元的不同顏色的UV樹脂混合。
4.根據權利要求1或2所述的一種彩色3D打印機，其特征在于所述的預混合器設有排料口，排料口與回料收集器連接。
5.一種利用權利要求1所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟:a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的成型數據；b.將得到的信息數據關聯到nm個噴頭、m個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中n個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿打印方向排列；c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺；d.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，噴頭依次按照第I到m層的成型數據， 以n個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；單程移動過程中m次上述的操作被執行；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；e.在第m層的上面，計算 機控制噴頭按照第m+1到2m層的成型數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前m層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；f.按照每一層的成型數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體；g.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
6.一種利用權利要求1所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟:a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的成型數據；b.將得到的信息數據關聯到MN個噴頭、N個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中M個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿垂直打印方向排列；c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺；d.計算機控制控制供料單元向預混合器供料混合，噴頭依次按照第I到N層的成型數據，以M個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面LED紫外光源進行固化；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；e.在第一層的上面，計算機控制噴頭按照第二層的成型數據進行噴涂，UV樹脂與第一層結合，經LED紫外光源固化后與第一層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換； f.按照每一層的成型數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體； g.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
7.一種利用權利要求1所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟: a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，將每一層上各自的顏色信息與形狀信息進行結合，得到每一層不同顏色的區域數據； b.將得到的數據關聯到nm個噴頭、m個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中η個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿打印方向排列； c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺； d.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，噴射同一顏色的噴頭依次按照第I到m層的區域數據，以η個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；單程移動過程中m次 上述的操作被執行；當第一種顏色打印完畢后，在第I到m層上繼續打印第二種顏色，直到第I到m層全部打印完畢；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換； e.在第m層的上面，計算機控制噴頭按照第m+1到2m層的區域數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前m層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換； f.按照每一層的區域數據逐層打印，最終得到與計算機設計的一致的三維物體； g.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
8.一種利用權利要求2所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟: a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的成型數據； b.將得到的信息數據關聯到nm個噴頭、m個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中η個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿打印方向排列； c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺； d.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，噴頭依次按照第I到m層的成型數據，以η個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；單程移動過程中m次上述的操作被執行；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換； e.在第m層的上面，計算機控制噴頭按照第m+1到2m層的成型數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前m層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；f.當打印到一定的層數之后，打印厚度校測單元將測試到的厚度反饋給計算機，計算機通過比較理論厚度與實際厚度的差異進行修正，制定后續打印方案； g.按照新的打印方案進行打印，并進行校測反饋，再進行修正，循環進行，最終得到與計算機設計的一致的三維物體； h.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
9.一種利用權利要求2所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟: a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，得到每一層的成型數據； b.將得到的信息數據關聯到MN個噴頭、N個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中M個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿垂直打印方 向排列； c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺； d.計算機控制控制供料單元向預混合器供料混合，噴頭依次按照第I到N層的成型數據，以M個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面LED紫外光源進行固化；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換； e.在第一層的上面，計算機控制噴頭按照第二層的成型數據進行噴涂，UV樹脂與第一層結合，經LED紫外光源固化后與第一層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換； f.當打印到一定的層數之后，打印厚度校測單元將測試到的厚度反饋給計算機，計算機通過比較理論厚度與實際厚度的差異進行修正，制定后續打印方案； g.按照新的打印方案進行打印，并進行校測反饋，再進行修正，循環進行，最終得到與計算機設計的一致的三維物體； h.移除固定支撐架，得到打印的三維物體。
10.一種利用權利要求2所述的彩色3D打印機制備三維制品的方法，其特征在于包括如下步驟: a.建立三維物體計算機模型，對其進行切片分層，將每一層上各自的顏色信息與形狀信息進行結合，得到每一層不同顏色的區域數據； b.將得到的數據關聯到nm個噴頭、m個LED紫外光源、相關的UV樹脂供料單元和必要的支撐架，其中η個噴頭和后面的I個LED紫外光源組成打印固化單元，所有的打印固化單元沿打印方向排列； c.調整LED紫外光源與前進方向上與其最接近的噴頭的夾角，選擇合適大小的支撐臺； d.計算機控制供料單元向預混合器供料混合，噴射同一顏色的噴頭依次按照第I到m層的區域數據，以η個噴頭為一組依次噴射UV樹脂，隨后用噴頭后面的LED紫外光源進行固化；單程移動過程中m次上述的操作被執行；當第一種顏色打印完畢后，在第I到m層上繼續打印第二種顏色，直到第I到m層全部打印完畢；噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換；e.在第m層的上面，計算機控制噴頭按照第m+1到2m層的區域數據進行噴涂，UV樹脂與上一層結合，經LED紫外光源固化后與前m層形成一個整體，噴涂需要支撐架支撐的部位時，計算機控制移動支撐架進行移動支撐，固化后用固定支撐架進行替換； f.當打印到一定的層數之后，打印厚度校測單元將測試到的厚度反饋給計算機，計算機通過比較理論厚度與實際厚度的差異進行修正，制定后續打印方案； g.按照新的打印方案進行打印，并進行校測反饋，再進行修正，循環進行，最終得到與計算機設計的一致的三維物體； h.移除固定支撐架，得到打印`的三維物體。
【文檔編號】B29C67/00GK103434135SQ201310339261
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月1日 優先權日:2013年8月1日
【發明者】廖張潔, 甘春麗 申請人:甘春麗, 廖張潔